DE620902C - Einrichtung zur Chloralkalielektrolyse - Google Patents

Description

Die elektrolytische Behandlung von Alkalichlorid erfolgte bis jetzt hauptsächlich in sehr großen Zellen mit einer Kathode aus einem Metallnetz, an. dem ein Diaphragma anliegt, was eine außerordentliche Raumbeanspruchung verursacht.

Es ist auch bekannt, Kathoden dieser Art als Rinnen auszubilden, in denen die Anode liegt, oder die Kathode aus kastenartig ge-

iD formtem, gelochtem Blech herzustellen, das am Oberrand der elektrolytischen Zelle befestigt und mit der Anode versehen ist. Weiter kennt man Kathodenformen, deren wellenartige Ausbildung wohl eine Raumersparnis bildet, aber das Diaphragma hat eine große ungesicherte Fläche .und zerreißt leicht.

Alle diese bekannten Einrichtungen eignen sich nur für den Großbetrieb und für große Stromstärken und verlangen für die Aufsicht

ao besondere Fachleute.

Es hat sich nun das Bedürfnis herausgestellt auch kleinere Anlagen guter Ausbeute zu schaffen, deren Betrieb infolge der leichten Auswechselbarkeit der einzelnen Aggregate kein besonders geschultes Arbeitspersonal verlangt und worin auch mit geringeren Stromstärken gearbeitet werden kann. Wohl hat man auch schon versucht, durch filterpressenartigen Zusammenbau mehrerer Zellen größere Vereinfachung und geringeren Raumbedarf zu erzielen, so daß auch kleinere Anlagen gebaut werden können; aber damit entstanden wieder erhebliche Nachteile, weil beim Unbrauchbarwerden vQn Zellen gleich der ganze Block auseinandergenommen und ausgebessert werden muß.

Wenn auch solche Zellen in Kapazitäten von 200 bis 450 kW hergestellt werden können, während die sonst bekannten und üblichen Anlagen nicht unter 2000 bis 3000 kW praktisch betriebsfähig waren, so standen doch der Anwendung erhebliche Nachteile im Wege, wie sie insbesondere durch die häufigen Reparaturen mit Ausbau des gesamten Zellenblockes, die häufige Auswechselung' der Diaphragmen, die Reparatur der Graphitanoden usw. entstanden. Der Betrieb erforderte auch gut geschultes Personal, weil die Arbeit der Zellen nicht leicht von außen beobachtet werden kann.

Vorliegende Erfindung betrifft eine solche Einrichtung zur Elektrolyse von Alkalichloridlösung, wobei die Zellen im wesentlichen nach einer senkrechten Ebene entwickelte unipolare Elektroden besitzen und nach Art einer FiI-terpresse zu einem Körper vereinigt sind.

Hierbei besteht erfindungsgemäß jede Zelle aus zwei aus Schieferplatten zusammengefüg-

ten, Anoden^ und Kathodenräume bildenden Gehäusen, deren einander zugekehrten Wände durchlöchert und unmittelbar durch ein dazwischenliegendes Diaphragma getrennt sind. S Hierdurch entsteht der Vorteil, im kleinen überdachten Raum gut betriebsfähige und leicht zu handhabende verhältnismäßig einfache Bauelemente mit praktisch hohem Nutzeffekt trotz kleiner Elektrodenfläche leicht ίο und ohne besonders geschultes Arbeitspersonal sowie mit dem gewöhnlichen Betriebsstrom auszunutzen, indem der Elektrolyt zunächst sämtliche Anodenräume. und hierauf sämtliche Kathodenräume durchströmt. Die Diaphragmen sind gut zwischen den festen Wänden gesichert, und die Auswechselung einzelner Aggregate kann ohne Schwierigkeit und ohne wesentliche Betriebsstörung erfolgen. Dieser Vorteil ist auch dann wesentlich, wenn die Lauge nicht sehr rein ist. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß mit einer Einrichtung gemäß vorliegender Erfindung und unter Verwendung ungereinigter Sole in kleiner Anlage etwa 2 Jahre lang ununterbrochen gearbeitet werden kann.

Eine Ausführungsform des Erfmdungsgegenstandes ist in der Zeichnung· dargestellt, und zwar zeigen:

Abb. ι einen Längsschnitt durch einen Anodenraum,

Abb. 2 einen Schnitt durch das Diaphragma, Abb. 3 einen Längsschnitt durch einen Kathodenraum,

Abb. 4 eine schematische Darstellung des Laugenumlaufes,

Abb. 5 eine Gesamtansicht der Einrichtung mit Schnitt durch ein Zellenaggregat,

Abb. 6 die Außenansicht eines Schieferrahtneng für den Anodenraum,
Abb. 7 einen Schnitt nach Linie y~j der Abb. 6,

Abb. 8 eine Oberansicht nach Abb. 6, ■ Abb. 9 den Unterteil der Abb. 7 in vergrößertem. Maßstabe,

Abb. 10 die; Außenansicht eines Schieferrahmens für den Kathodenraum,

Abb. 11 einen Schnitt nach Linie 11-11 der Abb. 10,

Abb. 12 eine Vorderansicht des Diaphragmas mit Ansicht des imprägnierten Randes, Abb. 13 eine Vorderansicht eines Zellenaggregates mit abgenommenem Deckel und Größenangaben,

Abb. 14 einen Schnitt nach Linie 14-14 der Abb. 13.

Die. ganze Einrichtung besteht aus nebeneinanderliegenden Anoden- und Kathodenräumen, von denen jeder aus Schieferrahmen gebildet ist; die nach Art von Filterpressen unter Trennung durch einDiaphragma (Abb. 2)-zusammengesetzt sind. Die Anodenräume G | ] (Abb. ι und 6 bis 9) sind von den Kathodenräumen P (Abb. 3 und 10, 11) durch ein aus Asbestpappe bestehendes Diaphragma (Abb. 2 und 12) getrennt.

Die Art der Zusammenstellung sowie der Stromverlauf sind aus Abb. 5 ersichtlich. Ein Änodenelement, ein Kathodenelement und das Diaphragma "bilden zusammen eine Zelle, und die Zellen selbst sind als aufeinanderfolgende kommunizierende Gefäße zu betrachten, in welchen die Lauge unaufhörlich alle Anoden-'elemente und alsdann alle Kathodenelemente durchläuft.

Für normale Betriebe verwendet man 10 Anoden-und 10 doppelte Kathodenelemente, wobei der Apparat 1 m breit, 1 m hoch und 2,70 m lang wird. Man kann aber auch leistungsfähig schon- mit 4 bis 6 anodiscihen Elementen arbeiten.

Die Sole (gesättigte Lösung eines Alkalichlorids) geht bei A (Abb. 4 und 5) in das erste Anodenelement und läuft methodisch quer durch die Anodenelemente, um warm bei B auszutreten und in den Kühlapparat C zu gelangen. Die Flüssigkeit gelangt alsdann abgekühlt bei D in das erste Kathodenelement, indem es methodisch von den Alkalisalzen befreit wird, aber sich mit den Alkalihydraten anreichert, um bei E in der gewünschten Art go zum Austritt zu gelangen. Auf diesem Lauf kann die Lauge in kaltem Zustand erhalten werden, indem ein oder mehrere Kühlapparate C, C" zwischengeschaltet sind. Für Apparate geringerer Leistungsfähigkeit kann man aber einen vereinfachten Umlauf verwenden, indem die Lauge getrennt in jeden Anodenraum eintritt und die kathodische Flüssigkeit unmittelbar aus jedem Kathodenraum zum Austritt gebracht wird. Das Chlor wird bei F gesammelt, wie aus Abb. 5 zu ersehen, während der Wasserstoff frei durch die Kathodenkainmer bei W zum Austritt gelangt. Man kann ihn aber auch durch irgendwelche bekannten Mittel aufnehmen, aber eine solche Einrichtung ist in Abb. S nicht dargestellt.

Der Anodenraum (Abb. 6) ist durch die Rahmen G, G' und H gebildet sowie durch die Schieferplatten I und I, die voll und gelocht sowie durch metallische Verbindungs- no mittelK. miteinander vereinigt sind (Abb. 9), welche von Strecke zu Strecke angeordnet werden und von denen eine im Schnitt und im vergrößerten Maßstab der Abb. 9 gezeigt ist.

Die Anode (Abb. 1) wird von Graphitplatten L gebildet, welche untereinander in einem Bleiblock M gehalten sind, der den Anodenkopf bildet und gleichzeitig als Deckel des Anodenraumes dient. Zwischen dem Anodenkopf und dem Schieferrahmen liegt eine weiche Kautschukplatte.

In den Bleideckel O ist die Graphitanode und die elektrische Zuleitung eingegossen.

Der Kathodenraum (Abb. io) besteht ähnlich wie der Anodenraum aus den Rahmenteilen P, P' und Q sowie einer Schieferplatte R. Die Kathode besteht aus einem Stahlgewebe Sj auf das einseitig Gewebestreifen T aufgenietet sind.
Um den leeren Raum des Kathodenbehälters auszufüllen, ordnet man einen oder mehrere Blöcke U an, die aus einem nichtleitenden Stoff bestehen. Diese Blöcke können leicht entfernt werden, um den Kathodenraum zu reinigen, indem beispielsweise Handgriffe U angebracht sind. Der Kathodenraum, in welchem die kathodische Flüssigkeit umläuft, wird durch den frei gelassenen Raum zwischen dem Diaphragma V und &en Blöcken U gebildet.

Das Diaphragma V (Abb. 12) wird durch eine Asbestplatte gebildet mit ungefähr 5 mm Stärke, deren Ränder zur besseren Abdichtung auf die ganze Breite des Rahmens mit Mineralöl imprägniert sind.

Die Größenverhältnisse eines Zellenaggregates gehen aus Abb. 13 und 14 hervor. Die Lauge, welche in den ersten Anodenraum eintritt, hat etwa 300 g NaCl im Liter. Das entbundene Chlor hat einen Reinheitsgrad von 99%· Die aus dem letzten Kathodenraum austretende kaustische Soda hat eine Stärke von no g pro Liter.

Die Stromstärke beträgt 5 Amp. auf den Ouadratdezimeter Anodenfläche. Da man ungefähr 1,2 qm Anodenfläche für ein Element besitzt, so verlangt der Apparat eine Stromstärke von etwa 600 bis 650 Amp. Die Spannung wechselt mit dem Alter der Diaphragmen.

Sie beträgt 3,2 V am Anfang und 4,1 V, sobald die Diaphragmen soweit benutzt sind, daß sie gewaschen werden müssen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Chloralkalielektrolyse mit im wesentlichen nach einer senkrechten Ebene entwickelten unipolaren Elektroden und nach Art einer Filterpresse zu einem Körper vereinigten Zellen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle aus zwei durch Schieferplatten zusammengefügten, Anoden- und Kathodenräume bildenden Gehäusen besteht, deren einander zugekehrten Wände durchlöchert und unmittelbar durch ein dazwischenliegendes Diaphragma getrennt sind.

2. Ausführungsform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden von mit Ableitungen für das entwickelte Chlor versehenen Bleiblöcken gehalten werden, welche gleichzeitig die Deckel für die Anodenräume bilden.

3. Ausführungsform nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwendung von Kathoden, die in an sich bekannter Weise aus wellenförmig gebogenem Drahtnetz bestehen, in dien Taschen ' Verdrängungskörper aus nicht leitendem Stoff untergebracht sind.

4. Ausführungsform nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenräume des Zellenkörpers durch Leitungen derart untereinander verbunden sind, daß der Elektrolyt zunächst sämtliche Anodenräume und hierauf sämtliche Kathodenräume durchströmt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen